JPH01101737A - 音声符号装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、予測量子化方法による音声符号装置に関Ｔ
るものである。

〔従来の技術〕

無線機などにおいてマイクロフォン等カラ入力された、
連続的なアナログ信号による音声波形を離散的なディジ
タル信号に変換して送信する場合、アナログ信号？ディ
ジタル信号に変換する変換方法として、非線形量子化方
法、適応量子化方法、予測量子化方法、時分割方法、帯
域分割方法、直焚交換方法などが公知技術として一般に
知られている。

第４図は例えば東海大学出版会より出版されている［テ
イジタル音声処理Ｊ（１９８５年９月２５日古井貞煕著
）のＰ２Ｏ３に示された予測量子化方法による従来の音
声符号製置を示すブロック図であり、図において、１は
入力された音声データをたくわえるバッファ、２は線形
予測パラメータを算出部ゐ予測パラメータ算出部、３は
予測パラメータ算出部２より予測パラメータ勿受けて線
形予測を行う線形予測部、４はバッファ１にたくわえら
ｎた音声データのレベルに適応し念量子化を行うレベル
適応量子化部、５は入力音声をある離散的な有限１直に
割り付ける際の有限値の幅を定めるステップ幅算出部、
６はレベル適応量子化部４で量子化されたデータを符号
化する符号化部、７はこの符号化部６が接続されている
マルチプレクサ、８は受信側のデマルチプレクサ、９は
デマルチプロセッサ８に接続さｎ念復号化部、１０は前
記予測パラメータに基づいて線形予測を行なう受信側の
線形予測部である。

次に予測量子化の原理について説明下ゐ。

一般に１人の話し声には時間に対して相関性があること
が知られている。音声波形を一定時間間隔Δｔでサンプ
リングした時間離散的信号の集合ｋ（Ｘｔ）（ｔ：整数
）とすると、現時点の音声波形Ｘｔは、これに隣接する
過去のＰ個の音声波形との間に、次のような線形−次結
合が成り立つことを仮定するＯ Ｘｔ＋αｔＸｔ−１＋α、Ｘｉ−、＋・・・＋αｐＸｔ
−ｐ＝ｇｔ　　（式１）ここでα１（ｉ＝１〜ｐ）は線
形予測係数と呼ばれる係数、（εｔ）は平均［０、分散
σの互いに無相関な確率変数であり、εｔは短時間予測
残差とも呼ばれる。

この仮定に基づいて、任意の時刻の音声波形は、過去の
いくつかの音声波形から線形予測部ゐことができる。

丁なわちｘｔの線形予測［’１−Ｘｉと丁れば線形予測
値Ｘｔは ６＝−９整α１Ｘｔ−ｉ（式２） によって表される。

更に、音声波形は隣接した波形間のみならず、離れ九点
の間でも相関がめり、この九め隣接音声波形間の差信号
（差分）あるいは、その相関を利用して予測した値と実
際の音声波形の差信号（予測残差）ｔ−符号化すること
により、情報圧縮ｔはかることができる０丁なわち、差
分あるいは予測残差は元の音声波形の分布に比べて、変
化エネルギーが小さく量子化に使用するピット数が少な
くて丁むことになる。この原理に基いて、音声波形その
ものを伝送するのではなく前記予測残差ｔｍ量子化及び
符号化して伝送することになる。

ここで、量子化とは波形の値を有限個の値の中の一つで
近似的に表現することであり、符号化というのは具体的
にどのように表現下ゐかということである。

第５図に音声波形の振幅逼と量子化値と符号化部の関係
を示す。図中１例えば、ある時刻の音声このときａはｉ
に符号化される〇 次に予測パラメータ算出部２によって、この人力音声波
形に対して線形予測で用いる線形予測パラメータが求め
られる。ここで第６図はこの予測パラメータ算出部２の
詳細構成を示すブロック図であり、図において２１は窓
関数乗算部、２２は自己相関算出部、２３は線形予測係
数算出部、２４は短時間予測部、２５はピッチ係数算出
部である。

一般に連続的な音声波形を切り出す際に、区間の両端に
急激な変化が起こらないように除々に零にするという効
果と、周波数分解能を高くしてスペクトルの洩れを少く
するという２つの要因を満たすために、窓関数乗算部２
１において窓関数を乗算する。ここでは、窓関数の一例
として、次式のハミング窓関数を紹介する。

尚、窓関数に関しては本発明１７２：は直接関係ないた
め、詳細な説明は省略する。

ＷＨｆｎｌ　：ハミング窓関数 Ｎ　：サンプル数 ｎ　　：　１＜ｎ＜、Ｎ−１ｔ−満たすある時刻に対応
するサンプル番号 このようにして窓関数を乗じた音声波形ＳＷｔに対し、
隣接する信号間の相関を求めるため、自己相関算出部２
２にて、まず音声波形の自己相関値を算出する〇 自己相関値は、ｊ＝０〜ｐ（ｐは整数）に対して次式を
実行Ｔることによって求められる〇ここでＡ（ｎｌは０
次の自己相関値、Ｎはサンプル数、ＳＷｔは時刻ｔに対
する前記窓関数を乗じた後の音声波形である。

仄に、線形予測係数算出部２３はこの自己相関［Ａ（ｎ
ｌより、第７図のフローチャートに従って線形予測係数
αｍ　（ｍ　、＋次数、１≦ｍ≦ｐ）ｋ求める。

即ち、まず、状態Ｏにおける０次の線形予測係数（Ｏ）
。

２ｔ−１”、状態Ｏにおける１次の線形予測部（Ｏ）。

数αＩ　ｔ”　　０”％ｗｏｔ−１ｖ＜の自己相関係数
人（１）、ｕ０１ｆ！：０次の自己相関係数Ａ（０）、
ｍ’ｉ”ｌ”に各々初期設定しくステップ５ＴＹ）、ｋ
ｍ＊ｕｍの算出（ステップ５Ｔ２）、状ｆｉｍにおける
１次の線形予測係数αｉ―の算出（ステップＳ　Ｔ　３
　’）、及びそれに基づ（ｗｍの算出（ステップ５Ｔ５
）ｔ＝、ｍｒインクリメント（ステップ５Ｔ６）させな
がら、そのｍがｐと等しくなったことを検出するまで繰
り逗子（ステップ５Ｔ４）。従って、線形予測係数αｍ
は繰り返し毎に値が変わり、最終的な値は（ｐｌ αｍ＝αｍ　　（１≦ｍ≦ｐ） となる。短時間予測部２４はこのようにして求め素線形
予測係数を使用して、短時間予測を行い、短時間予測残
差ε１？］？算出よる。時刻ｔにおける短時間予測残差
１＜は、式１、式２よりとなる。更に１周期Ｌ　Ａ？れ
た点の音声波形の闇にも相関があることが知られている
ことｔ利用して、短時間予測残差εｔ　も予なり可能で
あり、短時間予測残差の予測値εｔは εｔ＝−β・ｇ　（−Ｌ　　　　　　　　　　（弐〇）
と表現できるーここで、周期りはピッチと呼ばれ、βは
ピッチ振幅の変化を示し、ピッチ係数と呼ばｎる。ピッ
チＬ、ピッチ係数β全求めるのはピッチ係数算出部２５
であるが、本発明とは直接関係ないため、説明は省略す
る。

保形予測方法では以上のようにして求めた線形予測パラ
メータαｉ、Ｌ、βを使用し１式５９式６より１時刻ｔ
の音声波形と過去の音声波形の関係は、 Ｘｔ＝−ΣαＨＸＩ−１＋εｔ ｉ＝Ｑ （式７） で表現さｔｌ、る。従って、時刻ｔの予測波形Ｘ（は過
去の予測波形より、 （式８） の如く近似表現することができ、線形予測部３は△ この弐８に基づいて予測波形ＸＩ　　の線形予測を行う
Ｏ 線形予測パラメータが求められると、第４図のブロック
図に従い、予測波形と実際の音声との残差が、ステップ
幅算出部５にて別途求められた量子化ステップ幅の値ｑ
’にもとに、レベル適応量子化部６にて量子化され、更
に符号化部６にて符号化され、マルチプレックサ７で多
重化されて送信される。

一万、受信側ではデマルチプレクサ８で受信分店したデ
ータから量子化ステップ幅の値ｑを求め、復号化部９に
て符号化されたデータを量子化値に戻し、線形予測パラ
メータを用い友線形予測部１０の線形予測処理により元
の音声波形に再生し、図示を省略したスピーカ等より音
として出力する。

尚、線形予測パラメータ？求めた後の処理については、
本発明とは直接関数がないため詳細な説明は省略する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の音声符号装置は以上のように構成されているので
、入力レベルが低い音声が入力されると、数筐演算用の
レンジがあまり大きくない計算機の場合、線形予測処理
内の自己相関値を算出する自己相関算出！２２で原デー
タに対する誤差の割合が大きくなりすぎ、正しく予測処
理が行われなくなるという問題点があった。

この発明は上記のような問題点？解消するためになされ
たもので、入力レベルの低い音声が入力されても、正し
く予測処理が行える音声符号装置を得ることを目的とす
る〇 Ｃ問題点企解決するための手段〕 この発明に係る音声符号値ｆｔは、演算をはじめる前に
音声信号を調べ、レベルが小さすぎて演算誤差が大きく
なりそう７！場合には、音声信号の各データに所定の定
数を乗じてから予測処理の演算？開始することによって
演算誤差を小さくするとともに、受信時には、復号処理
で再生された再生音声に対して、上記定数の逆数を乗算
して出力するようにし念ものである。

〔作用〕

この発明における予測パラメータ算出手段は。

入力音声信号のレベルの平均［を調査することにより、
演算誤差が大きくなるデータかどうか全判定し、演算誤
差が大きくなりそうなデータの場合には、各データに所
定の定数を乗することによって適当な値に変換した後に
予測処理の演算？行うことによって、誤差の少いデータ
全出力する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、１はバッファ、３は送信側の線形予測部、
４はレベル適応縫子化部、５はステップ幅算出部、６は
符号化部、７はマルチプレクサ、８はデマルチプレクサ
、９は復号化部、１０は受信側の線形予測部であり、そ
れらは第４図に同一符号を付し之従来のものと同一、あ
るいに相当部分であるため詳細な説明は省略すゐ。また
。

１１は復号化された音声信号に所定の定数の逆数を乗算
する乗算器、１２は線形予測で用いる線形予測パラメー
タを算出する予測パラメータ算出部である。

また、第２図はこの線形予測パラメータ算出部１２の詳
細横取？示すブロック図であり、図において、２１は窓
関数乗算部、２２は自己相関算出部、２６は線形予測係
数算出部、２４は短時間予測部、２５はピッチ係数算出
部で、第６図に同一符号を付し次従来のものと四−１あ
るいは相当部分であるため詳細な説、明は省略する。ま
た、２６は窓関数乗算部２１が出力するデータ５ｗｔ２
−時保存す６バツフア、２７は前記バッファ２６に保存
された各データに所定の定数全果する乗算器。

２８は前記バッファ２６内のデータの平均値を求める平
均値算出部、２９は前記平均値算出部２８で算出された
平均値が予め定められ定基準ｆｌｉ！を越えてい／）か
否〃為を判定する判定部である。

次に動作について説明するロバツファ１に入力信号がバ
ッファリングされると、ファーストイン・ファーストア
ウト（以下ＦＩＦＯという）形式でデータが予測パラメ
ータ算出部１２に渡される。

このとき、予測パラメータ算出部１２は、自己相関Ｍ′
ｆｔ求める処理中にデータに対する誤差の割合が大きく
ならないように第３図のフローに従って処理を行う。

以下、自己相関算出時の処理？第３図をもとに説明する
。まず、窓関数乗算部２１より出力されたデータはバッ
ファ２６にバッファリングさｎる（ステップ５ＴＩＩ）
ｏｌ同の計算に必要なデータがバッファ２６内に保存さ
れると、平均値算出部２８が起動され、バッファ２６内
の各データの平均値？求める。（ステップ５Ｔ１２）。

平均１直算出部２８によって求められた平均値は、判定
部２７へ送られ、予め設定されている基準須と比較さ１
ｒＬ（ステップＳＴＩ　３　）、当該平均値が繭重１直
を越えていない場合には、乗算器２７ｖｃバツフア２６
内の各データｒ送り、その各々に、これもまた予め設定
してあゐ所定の定数を乗算して結果をバッファ２６へ格
納すル（ステップ５Ｔ１４）。

また、平均値が定数を越えていた場合にはバッファ２６
内の各データは修正を加えない。

このようにして求められた結果をもとに自己相関算出部
２２は自己相関値を計算しくステップ５Ｔ１５）、従来
例と同様に符号化して送信する。

このときバッファ２６の各データに乗じた定数の頃もデ
ータとして送信する０受信側では、乗算器１１にて、こ
の定数の値の逆数を音声信号に乗する処理？することで
、送信側の入力データと同一レベルの信号として出力す
ることが可能となる。

なお、上記実施例ではバッファ２６内の各データに乗す
る定数を予め定めておく方法をとつ念が、バッファ２６
内の各データの平均［ｔ−もとに乗ず／）定数の［を定
めるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、送信時には音声信号
の平均レベルに基づいて演算誤差が大きくなるか否かｔ
−判定し、演算誤差が大きくなる音声イ百号については
、各データに所定の定数を乗算してから予測処理の演算
を行い、受信時には復号処理で再生された音声信号に対
して前記定数の逆数を乗算するように構成したので、レ
ベルの低い音声信号が入力された場合でも、演算誤差は
大幅に圧縮され、正しく線形予測処理を行うことのでき
る音声符号装置が得られる効果がめ°る０

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による音声符号袋・置を示
すブロック図、第２図はその予測パラメータ算出部の構
成を示すブロック図、第３図はその処理の流れ？示すフ
ローチャート、第４図は従来の音声符号装置Ｗヲ示すブ
ロック図、第５図は量子化値と符号化値との相関を示す
説明図、第６図は従来の予測パラメータ算出部の構成金
示すブロック図、第７図はその線形予測係数を求め心処
理の流れを示すフローチャートである。 １１ｊ：乗ｇ器、２６はバッファ、２７は乗算器、２８
は平均値算出部、２９は判定部。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分？示す。 特許出願人　　　三菱電機株式会社 代理人　弁理士　　　　１）　澤　博　昭１（外２名） 第Ｓ口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力された音声信号を予測量子化方法によつて量子化し
   、それを符号化して通信相手に送信する送信部と、前記
   通信相手より受けたデータをもとに音声信号を再生する
   受信部とを備えた音声符号装置において、前記送信部に
   、送信すべき音声信号のデータを一時保存するバッファ
   と、前記バッファに保存された前記音声信号のデータの
   レベルの平均値を算出する平均値算出部と、前記平均値
   算出部が算出した平均値が予め設定されている基準値を
   越えているか否かを判定する判定部と、前記判定部の判
   定の結果、前記平均値が前記基準値に達していなかつた
   場合に、前記バッファに保存されている前記音声信号の
   各データに所定の定数を乗算する乗算部とを設け、低レ
   ベルで符号化時の演算誤差が大きくなつてしまう前記音
   声信号の各データに、前記所定の定数を乗算してから予
   測処理の演算を行い、前記演算誤差の小さなデータにし
   て前記通信相手に送信し、受信部に、前記定数の逆数を
   乗算する乗算部を設け、前記通信相手より前記定数が乗
   算されて送られてきたデータより、復号処理によつて再
   生された音声信号に対して、前記定数の逆数を乗算して
   データの補正を行うことを特徴とする音声符号装置。